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土作为一种历史沉积的产物,在沉积过程中受沉积环境、土颗粒性质、表面力以及沉积后各种地质作用的影响,具有多相体系。其工程地质性质取决于内部结构性和外部荷载的综合作用。对于结构性土来说,微观结构系统的状态和整体行为在很大程度上控制着土的宏观力学行为,是土体工程地质性质的内在核心。本文对南京地区普遍存在的地区性土--下蜀土的结构性展开研究,具体的工作如下:
1、根据颗粒级配试验结果,结合分形理论,研究了南京下蜀土颗粒的分形结构特征。结果表明分维值随着粘粒含量的增大而增大,且与不均匀系数和曲率系数有良好的非线性关系,土的级配越好,其粒径分形维数越大。土颗粒的粒径分形维数具有明确的工程地质意义,能够反映出土的形成环境和原因、演化特征、级配及分选性,且计算简便、物理意义明确,可以作为土的一个分类指标。
2、对原状样、重塑样进行三轴试验(固结不排水),随着剪应变的发展,应力差曲线分为两个部分,存在明显的分界点,表明下蜀土存在良好的结构性。在分界点前,应力随应变的增大而急剧增大,表明土体的结构强度迅速的发挥;到达分界点的极大值后,随着应变的增大逐渐减小,表明土体结构发生破坏了,土体的各结构单元正在重新排列,其结构破坏的抵抗强度在逐渐降低,最终当各个结构单元重新排列稳定时,土体结构完全被破坏。
3、讨论了围压和含水量对下蜀土结构强度的影响。结构强度和围压间存在良好的线性关系;结构强度和含水量间存在良好的幂函数关系,下蜀土的结构强度和含水量的关系为qs=25182.9e-0.278229ω。结构强度随着含水量的增加而急剧降低,南京下蜀土的结构强度终止含水量取为20%。
4、根据原状土、饱和原状土、重塑土的三轴应力--应变关系,定义了一个能全面反映土颗粒排列特征和土颗粒连结特征的土体结构定量化参数--结构势,从理论上分析了该参数具有合理性、广泛性、灵敏性和稳定性。利用试验结果对该参数进行验证。
5、利用分形理论,根据孔隙分形模型和吸力之间的关系,推导出南京非饱和下蜀土的结构强度和吸力之间的关系;根据试验的结果,初步提出了一个关于南京非饱和下蜀土的结构性模型。